Th.--Méd.--Paris, 1872? / Thèse de concours.

Cinq isoformes d’amidon-synthétase ont été identifiées dans le génome des plantes supérieures. L’une d’entre elles, la GBSS (pour « Granule Bound Starch Synthase ») est liée de manière non covalente au grain d’amidon. Trois autres isoformes, SS1, SS2 et SS3, sont présentes sous forme soluble dans le chloroplaste, où elles participent à l’allongement des glucanes de l’amylopectine. Récemment, il a été proposé qu’une autre isoforme, la SS4, soit impliquée dans le contrôle du nombre de grains d’amidon par chloroplaste et de leur taille. Nous rapportons dans ce travail, l’analyse phénotypique des combinaisons doubles mutantes impliquant les mutations aux loci SS1, SS2 et SS3. Nos résultats, notamment les analyses de distribution de longueur des glucanes de l’amylopectine, montrent que la SS2 et la SS3 sont partiellement redondantes pour l’allongement des glucanes de DP 12 à DP 28. Par ailleurs, l’étude de la structure de l’amylopectine après digestion par la ß-amylase, indique que la synthèse normale du « squelette » du polymère nécessite la présence d’au moins deux des trois isoformes. Nous présentons par ailleurs, un ensemble de données qui indiquent que la SS4 est impliquée dans l’initiation de la synthèse d’amidon, et qu’elle est nécessaire et suffisante pour la production d’un nombre correct de grains d’amidon dans le chloroplaste. La fonction de la SS4 dans l’initiation peut être en partie assumée par la SS3, et la présence de l’une des deux isoformes est suffisante pour initier la synthèse d’amidon dans les triples mutants ss1- ss2- ss3- ou ss1- ss2- ss4-. / Five isoforms of starch synthase (the elongation enzyme of the starch pathway) have been identified in land plants genomes. One of them, the GBSS (Granule Bound Starch Synthase) is noncovalently bound to the starch granule and is responsible for amylose synthesis. Three other isoforms, SS1, SS2 and SS3, are soluble within the chloroplast, where they elongate the amylopectin-forming glucans. Recently, it has been proposed that another isoform, SS4, is involved in the control of the size and the number of starch granules per chloroplast. We are now reporting, the phenotypic analysis of double mutant combinations including mutations at SS1, SS2 and SS3 loci. The analysis of amylopectin glucan length distribution shows that SS2 and SS3 isoforms are partially redundant for the elongation of DP12 to DP28 glucans. In addition, structural studies of amylopectin after ß-amylolysis, suggest that the normal synthesis of amylopectin internal molecular structure requires the presence of at least two of the three isoforms. We also provide in this work, further evidences indicating that SS4 is involved in the initiation of starch synthesis, and that this isoform is necessary and sufficient for the production of the regular number of starch granules per chloroplast. However, SS3 activity is partially redundant to that of SS4 in this regard, and the presence of one of these isoforms is sufficient to initiate starch biosynthesis in the triple mutant lines ss1- ss2- ss3- and ss1- ss2- ss4-.

Cette étude propose un procédé d’ignifugation par traitement en masse du PLA basé sur l’incorporation d’un retardateur de flamme phosphoré (APP) et de composés issus des ressources renouvelables agissant comme source de carbone dans le système intumescent. L’évaluation des propriétés RF des différents matériaux selon divers tests normalisés a permis de mettre en évidence que la formulation PLA/APP/amidon présentait les meilleures performances en termes de tenue au feu. Il se développe en surface du matériau une structure intumescente qui protège l’échantillon de l’action d’une flamme ou d’une source de chaleur et permet de limiter les transferts de gaz et de matière. Afin de tenter d’expliquer le comportement au feu de la formulation optimale, les caractéristiques physiques telles que la viscosité et la conductivité thermique du système ont été évaluées. De plus, pour mettre en évidence les éventuelles interactions chimiques, la dégradation thermique des additifs et des formulations a été étudiée. L’amélioration des propriétés feu est également due à la formation d‘espèces polyaromatiques principalement liées par des ponts phosphohydrocarbonés. Par ailleurs, plusieurs solutions ont été apportées afin d’améliorer la compatibilité entre le PLA et l’amidon et ainsi augmenter les propriétés mécaniques de la formulation intumescente / The aim of this study is to evaluate the efficiency of different intumescent formulations to flame retard polylactic acid (PLA) by the incorporation of a phosphorous flame retardant compound (APP) and products coming from renewable resources. PLA/APP/starch composite shows the best fire retardant properties. Upon heating, the material forms a foamed cellular charred layer which protects the underlying material from the action of heat flux and flame and slows down heat and mass transfer between the gas and the condensed phase. The efficiency of intumescent structure can be explained by the viscosity of the formulation. Moreover, the explanation of the improvement of the fire properties is because of chemical reactions between the components of the formulation leading to thermally stable species like phosphocarbonaceous compound. Several solutions have been studied to improve mechanical properties of intumescent formulation.

Reproduction de : Thèse de doctorat : Chimie des Matériaux : Reims : 2004. / Titre provenant de l'écran titre. Bibliogr. p. 201-212.

L’amidon est un composé permettant le stockage d’énergie et du carbone par les plantes, ce qui en fait un des polysaccharides les plus abondants sur Terre. Malgré nos connaissances sur le métabolisme de l’amidon, le processus d'initiation de la synthèse des grains d’amidon n’est pas décrit. La découverte de l’amidon-synthase 4 (SS4) en tant que protéine principalement impliquée dans le processus d’initiation de l’amidon, a permis de faire de grands progrès dans ce domaine. En effet, cette enzyme est impliquée dans le contrôle du nombre, de la forme et de la taille des grains d’amidon synthétisés dans les chloroplastes.La recherche de facteurs protéiques interagissant avec SS4 a conduit à la découverte d’un nouveau facteur protéique faisant l’objet principal de ce manuscrit. Cette protéine nommée PII1 (protéine impliquée dans l'initiation de l'amidon ; 90KDa) interagit avec SS4 dans le chloroplaste. L’analyse du phénotype amidon associé à son inhibition révèle l'implication de la protéine PII1 dans le mécanisme déterminant le nombre de grains d'amidon dans les feuilles d'Arabidopsis thaliana. Afin d’avoir un aperçu plus global des connexions qui relient les différents facteurs protéiques impliqués dans l’initiation de la synthèse de l’amidon, des lignées doubles mutantes ont été sélectionnées et caractérisées : ss3pii1, ss4pii1 et ss4phs1. Les résultats mettent en évidence le rôle spécifique de PII1 dans l'initiation de l'amidon par rapport aux amidon-synthases. Ils ont également permis de mettre en avant l'implication de la phosphorylase, dans l'initiation de l'amidon dans les tissus non-photosynthétiques. / Most of photosynthetic organisms accumulate starch to store carbon and energy produced during photosynthesis. It is thus one of the most abundant storage polysaccharides on earth. Despite our knowledge of starch granule properties and metabolism, its initiation process remains poorly understood. Great progress in this field has been made through the discovery of the starch synthase 4 (SS4) as a major protein involved in starch priming in Arabidopsis chloroplasts. Indeed, this enzyme controls the number of the starch granules per chloroplast, but also their shape and their size. During my PhD, I focused my research on the analysis of a protein called PII1 (protein involved in starch initiation 90KDa) that interact with SS4 within the chloroplast. This study reveals the involvement of the PII1 protein in the machinery determining starch granules number in Arabidopsis thaliana leaves. Then, I tried to find new clues on the global comprehension of starch initiation. This was achieved by reporting the phenotypic analysis of double mutations including mutation of protein involved in starch initiation: ss3pii1, ss4pii1 and ss4phs1. These results highlight the specific role of PII1 in starch initiation compared to starch synthase. We also found evidence of the implication of phosphorylase PHS1 in starch initiation within non-photosynthetic organs.

Dans ce travail, une technique efficace a été utilisée pour produire des membranes poreuses pour diverses applications (support de membrane, filtre, etc.). En particulier, le polyéthylène a été choisi pour la matrice en combinaison avec l'amidon pour une plage de concentrations entre 50 et 60% en poids d'amidon. La membrane de base a été produite par extrusion-calandrage en continu, puis l'amidon a été lessivé par immersion dans une solution aqueuse de 20% d'acide acétique à 80°C. Ensuite, une caractérisation des membranes a été faite en termes de morphologie, de propriétés mécaniques, de porosité moyenne (masse volumique) et de distribution de la taille des pores. Après une optimisation des conditions de procédé et de la formulation, les propriétés de transport des gaz à travers les membranes ont été déterminées sur la base de perméation de gaz purs. En particulier, les propriétés de transport des gaz (CH₄, CO₂, O₂ et N₂) ont été évaluées pour déterminer la viabilité de ces membranes en tant que des membranes support pour l'adoucissement du gaz naturel (CH₄ / CO₂) et pour la production d'air enrichi en oxygène(O₂ / N₂). Pour ce faire, on rapporte des valeurs de perméabilité et de sélectivité idéale pour une température de 25°C et une pression de 1,17 bar (17 psi). / In this work, an efficient technique was used to produce porous membranes for different applications (membrane support, filter, etc.). Polyethylene was chosen for the matrix in combination with starch for a concentration range between 50 and 60% by weight of starch. The base membrane was produced by continuous extrusion-calendering, and then the starch was leached by immersion in a 20% aqueous acetic acid solution at 80°C. Then, a characterization of the membranes was done in terms of morphology, mechanical properties, average porosity (density) and pore size distribution. After optimization of the processing conditions and formulation, the gas transport properties through the membranes were determined based on pure gas permeation. In particular, the gas transport properties(CH₄, CO₂, O₂ and N₂) were evaluated to determine the viability of these membranes as supporting membranes for natural gas sweetening (CH₄ / CO₂) and to produce oxygen-enriched air (O₂ / N₂). For this purpose, the ideal permeability and selectivity values are reported for a temperature of 25°C and a pressure of 1.17 bar (17 psi).

La présente étude concerne la synthèse de matériaux à base de polysaccharides d’origine naturelle. Dans un premier temps, nous nous sommes intéressés à la synthèse en milieu homogène d’esters gras de cellulose, de nature de chaîne grasse et de degré de substitution variables. Les analyses chimiques, thermiques, mécaniques et structurales de ces produits en fonction de la longueur des chaînes grasses greffées (de C8 à C18) ont démontré que l’allongement du substituant greffé influençait les propriétés étudiées. De plus, un modèle structural a été proposé pour les chaînes cellulosiques estérifiées, dans lequel ces chaînes semblent s’organiser en couches avec les substituants gras greffés totalement déployés perpendiculairement au squelette cellulosique et non enchevêtrés entre eux.Dans une seconde partie, la valorisation d’un film cellulosique a été envisagée dans le domaine médical. Le choix s’est porté sur un film de laurate de cellulose fortement substitué. Des tests biologiques de cytocompatibilité et de cytotoxicité ont été réalisés sur ce matériau à partir de différents types de cellules. Les résultats des tests in-vitro obtenus concluent à la non-toxicité de ce film, ce qui rend prometteuse son application en tant que biomatériau.Enfin, la synthèse de dérivés polysaccharidiques a été réalisée dans le but de remplacer les dérivés pétrochimiques, utilisés comme superplastifiants dans la formulation du béton. Trois polysaccharides ont été testés, avec ou sans modification chimique: la cellulose et l’amidon. Les premiers résultats indiquent que les dérivés amidonnés sulfonés semblent être de bons candidats pour la substitution de tels additifs pétrochimiques. / This study deals with the synthesis of a natural-polysaccharide-based-material. First of all, we focused on the synthesis of fatty cellulose esters in a homogeneous media, with different fatty chains and various degrees of substitution. Chemical, thermal, mechanical and structural analyses of these products revealed the influence of the grafted fatty chain length (from C8 to C18) on these properties. Moreover, a structural model was purposed for the acylated cellulosic chains, in which these chains seem to be organized in a layered type structure, and where the fatty substituents are fully extended perpendicular to the cellulosic skeleton, and without interdigitated.Then, one of these cellulosic films was studied in order to be used in a medical application. A cellulose laurate film with high degree of substitution was chosen. Biological tests such as cytocompatibility and cytotoxicity were performed on this material from different type of cells. The results of the in-vitro tests conclude to the non-toxicity of this bio-based film. These results are promising for their application of as biomaterial.Finally, the synthesis of polysaccharide derivatives was performed in order to find alternatives to petrochemical derivatives compounds, used as superplasticizers in concrete formulation. Three native or chemically-modified polysaccharides were tested: cellulose and starch. First results indicate that starch sulfonate derivatives seem to be promising candidates to the substitution of such petrochemicals additives.

Les réponses nutritionnelles et zootechniques des ruminants aux variations de régime sont largement conditionnées par leurs effets au niveau du rumen. L'objectif de ce travail était d'apporter de nouvelles perspectives pour progresser dans la démarche de modélisation de cet organe, qui a débuté dans les années 1970. Pour l'aborder, nous avons privilégié une approche par modélisation systémique à différents niveaux organisationnels: de l'organe, aux flux de nutriments et jusqu'aux mécanismes de régulation cellulaire. La première partie du travail était consacrée à une étude comparative des modèles actuels. Peu de validations comparées des modèles avaient été entreprises jusqu'à présent. Les résultats rendent compte des principes communs appliqués mais aussi des spécificités de chacun des modèles. Leur plus grande faiblesse réside dans leur incapacité à prédire de façon satisfaisante les équilibres des produits terminaux des fermentations (acides gras volatils, gaz et matières microbiennes). Pour progresser dans ce domaine, nous avons exploré deux voies. La première concerne la représentation de la digestion de l'amidon, substrat glucidique expliquant la majeure partie des variations de la vitesse de digestibilité ruminale des rations. Nous avons développé un modèle de prédiction des flux d'amidon pour mieux quantifier et expliquer les variations observées. Cette étude a été réalisée à partir de bases de données quantitatives portant sur ces flux mesurés in sacco et in vivo. Les résultats obtenus expliquent assez précisément les variations observées intra-essai. Par contre, les variations inter-essais demeurent importantes et difficiles à apprécier. La seconde voie est basée sur l'application des lois de la thermodynamique au métabolisme microbien. L'objectif est d'améliorer la prédiction des produits terminaux des fermentations. Cette approche originale des aspects fermentaires a comporté un volet modélisation et un volet expérimental. Les résultats permettent de dégager certaines propriétés comme résultant des principes de la thermodynamique et nous confortent dans l'intérêt de cette approche. Ce travail de thèse contribue aux avancées en matière de modélisation du rumen, notamment pour la modélisation des flux d'amidon. Il propose aussi de nouveaux champs de recherche encore peu explorés.

L'amidon utilisé comme épaississant alimentaire présente tout d'abord un intérêt nutritif mais offre également une meilleure perception du goût comparé à d'autres épaississants de type hydrocolloide. Cette propriété semble liée à la capacité des produits à se mélanger en bouche et donc à la diffusion des agents de flaveurs aux récepteurs. Un paramètre physique qui pourrait refléter la capacité à se mélanger serait la facilité d'une goutte de cet épaississant à rompre lorsque celle-ci est soumise à un cisaillement. Le but de cette étude est de comprendre le comportement d'une goutte de suspension de granules d'amidon, gonflés dans l'eau, sous écoulement et de le comparer à une goutte d'un autre épaississant connu, la solution aqueuse de hydoxyproplmethyl cellulose (HPMC). Les gouttes, placées dans l'huile de silicone, sont étudiées sous cisaillement à l'aide d'un rhéo-optique contra-rotatif. Les conditions de rupture d'une goutte de suspension d'amidon sont étudiées en détails et comparées à celle d'une goutte d'HPMC. Le mécanisme de rupture d'une goutte de suspension est différent comparé à une goutte de solution d'HPMC. La déformation d'une goutte de suspension a été liée au comportement rhéologique de la suspension et à la déformation d'un granule seule gonflé sous cisaillement.

L'objectif de cette thèse est le développement de matériaux polymères injectables innovants issus de ressources renouvelables et répondant aux exigences techniques automobiles. Pour cela nous nous sommes intéressés à des mélanges de polymères modèles : le polyamide 12 et l'amidon plastifié. Nos travaux ont donc porté sur l'optimisation des propriétés de ces mélanges, via le contrôle de la morphologie. Ainsi deux stratégies ont été envisagées : la compatibilisation du mélange grâce à deux agents réactifs et la modification des paramètres de mise en œuvre. Ces deux stratégies se sont révélées être efficace pour l'amélioration des propriétés des mélanges. Enfin à partir de cette étude sur les polymères modèles, des matériaux issus de ressources renouvelables ont été formulés. De même une étape de compatibilisation à partir d'une résine époxy a été envisagée permettant au final d'obtenir des matériaux ayant des propriétés optimisées.